20世紀(jì)60年代前期（昭和30年代后期），隨著日本經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量迅速上升，鋼管也不例外。其中電焊鋼管的發(fā)展在鋼管之中最快，例如，在1971年（昭和46年），電焊鋼管的產(chǎn)量占鋼管總產(chǎn)量的43.8%.特別在鍛接鋼管中不能生產(chǎn)的125A以上或者即使在它以下，在比鍛接鋼管生產(chǎn)成本有利的尺寸（直徑）范圍內(nèi)，電焊鋼管是管道的主要材料。
而且，在海水和工業(yè)用水以及各種水的管道中，焊縫部位迅速腐蝕成溝狀的事例從1965年（昭和40年）起已經(jīng)引人注目。這種腐蝕被稱(chēng)為電焊鋼管溝狀腐蝕或者簡(jiǎn)稱(chēng)為溝蝕。圖5-1中給出了溝蝕的照片。
這種溝狀腐蝕的報(bào)導(dǎo)在日本以外幾乎沒(méi)有發(fā)表過(guò)，給人的印象好像是日本特有的腐蝕，可實(shí)際決非如此。但是，可以認(rèn)為日本以外的許多地區(qū)由于淡水的硬度高，飽和指數(shù)是正值在管內(nèi)表面上生成了包覆層，由水引起的腐蝕與日本相比不嚴(yán)重，或者在海水管道上使用電焊鋼管（黑管、鍍鋅鋼管）的比率低，可能因?yàn)檫@些原因溝狀腐蝕的發(fā)生頻度比日本低。
1983年（昭和58年）美國(guó) Heitmann(Inland Steel 公司）等在ASM主辦的關(guān)于高強(qiáng)度鋼技術(shù)和應(yīng)用國(guó)際會(huì)議上，根據(jù)把電焊鋼管作為原油或天然氣配管在海上設(shè)備或收集系統(tǒng)上使用時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了溝狀腐蝕，并論述了其原因和可選擇的相應(yīng)鋼種，在其緒言中敘述的溝狀腐蝕的研究幾乎都是在日本進(jìn)行的。
因?yàn)楹碗姾镐摴軟](méi)有關(guān)系也存在著由于各種原因使腐蝕形狀成為溝狀的腐蝕，所以把本書(shū)使用的溝狀腐蝕稱(chēng)為電焊鋼管焊縫部的溝狀腐蝕是正確的，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為溝狀腐蝕。雖然日本進(jìn)行過(guò)很多研究，可是有關(guān)這方面的日本以外的報(bào)道卻很少。
就筆者所知，關(guān)于電焊鋼管溝狀腐蝕的最初歸納的文獻(xiàn)是由新日鐵公司的門(mén)智等完成的［1973年（昭和48年）］。該文敘述了腐蝕事例和他們開(kāi)發(fā)的Cu-Ti系及Cu-Ti-Cr 系相應(yīng)鋼的優(yōu)秀特性.當(dāng)時(shí)已經(jīng)推測(cè)到，在鋼管焊縫部位由于焊接時(shí)的滾壓，在鋼管內(nèi)外所發(fā)生的金屬塑性變形，為了精加工通過(guò)切削除去焊道，使沿著塑性變形區(qū)存在的非金屬夾雜物露在表面，由于急冷變成不穩(wěn)定或呈活性的MnS而成為孔蝕的起點(diǎn)，開(kāi)始溝狀腐蝕。
第2年即1974年（昭和49年），加藤、乙黑及門(mén)通過(guò)MnS附近發(fā)生腐蝕的顯微觀察，證實(shí)了焊縫部位的MnS對(duì)溝狀腐蝕的破壞作用是因?yàn)楹缚p焊接急冷時(shí)在MnS的周?chē)瑫r(shí)產(chǎn)生了容易形成陽(yáng)極的硫的偏聚區(qū)。他們于1976年試驗(yàn)片所研究的急熱、急冷處理對(duì)MnS的局部腐蝕影響的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明了在高溫，特別是在1400℃以上急熱、急冷的鋼的MnS在其周?chē)辛虻钠蹍^(qū)，這樣的偏聚區(qū)變成為陽(yáng)極，開(kāi)始局部腐蝕。
有關(guān)MnS腐蝕研究的歷史或加藤等的上述研究的詳細(xì)內(nèi)容，將在5.2.1節(jié)進(jìn)行敘述。然而通過(guò)加藤等的研究搞清楚了電焊鋼管的溝狀腐蝕起因于MnS的理由。
作為耐溝狀腐蝕電焊鋼管低合金鋼的添加元素，在他們所注意的元素之中，效果大的元素是與銅共存的Sb、Ti、Cr;有效果的元素是銅和與銅共存的Zr;Nb、Sn、As即使與銅共存也沒(méi)有效果。硫是有害的元素，特別是銅含量小于0.2%的鋼中，隨著硫含量增加影響增大；可是當(dāng)加入0.3%Cu時(shí)，硫含量小于0.03%時(shí)，硫不產(chǎn)生影響。
考慮添加銅是因?yàn)樽⒁獾姐~在大氣腐蝕條件下能夠消除硫?qū)Ωg惡劣影響的Larrabee 學(xué)說(shuō)或加藤研究組以前研究的銅對(duì)耐硫酸性的效果。并且，與銅共存的銻也能提高耐硫酸鋼的性能。鉻在海水環(huán)境中的使用，一般是為了提高耐蝕性。
Zr、Nb、Ti是和鋼中的硫形成硫化物傾向很強(qiáng)的元素，是為了取代Mn以形成穩(wěn)定的硫化物而加入的。1963年金子等曾經(jīng)發(fā)表過(guò)形成硫化物傾向元素的順序是：Zr>Ti>Mn>Nb>V>Cr>Al>Mo>W>Fe>Ni>Co>Si.并且，在20世紀(jì)60年代前期（昭和30年代后期），人們把提高鋼鐵各種性能作為目的而進(jìn)行過(guò)添加各種合金元素鋼的開(kāi)發(fā)，那時(shí)曾經(jīng)使用已經(jīng)普及的EPMA進(jìn)行了低合金成分系鋼的非金屬夾雜物的鑒定，白巖等試驗(yàn)向0.3%C-0.1%Mn-0.3%Si為基體的鋼中分別添加Zr(0.04%)、Ti（0.03%)、La-Ce(0.02%)、Ca(0.02%)、V(0.03%)、Cr(0.1%)、Y（0.02%)等，并確認(rèn)了取代MnS生成各添加元素的硫化物。
為了防止MnS成為孔蝕的起點(diǎn)，需要控制錳含量，或者添加其他的合金元素降低硫化物中的錳含量，或者轉(zhuǎn)變成比MnS穩(wěn)定的其他硫化物，這些方法已經(jīng)在具有耐酸性的易切削不銹鋼上得到應(yīng)用。Carpenter公司通過(guò)降低錳含量生成含鉻高的（Cr、Mn)S,Sandvik公司通過(guò)加入鈦生成TiS的方法提高了耐酸性。
把上述方法最初利用到提高電焊鋼管的耐溝狀腐蝕性上的是加藤等，據(jù)報(bào)告，Cu-Ti、Cu-Cr-Ti、Cu-Sb系的低硫材料的耐溝狀腐蝕性是通常電焊鋼管的6~7倍。其中，低S-Cu-Ti系的鋼種以后作為新日鐵公司的耐溝狀腐蝕鋼管實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。
進(jìn)入20世紀(jì)70年代（昭和50年代）后，溝狀腐蝕發(fā)生的頻繁程度越來(lái)越引起人們的關(guān)注，各鋼鐵公司進(jìn)行了事例調(diào)查、發(fā)生原因的研討和對(duì)策鋼的開(kāi)發(fā)等。腐蝕率非常大是溝狀腐蝕的一個(gè)特征，根據(jù)事例的總結(jié)報(bào)告,有的例子是10mm/a或者更高，13mm/a的腐蝕率非常普遍。產(chǎn)生的環(huán)境也涉及海水、鹽水、循環(huán)冷卻水、工業(yè)用水、地下水、自來(lái)水等管道的內(nèi)面、土壤埋設(shè)管道的外面、纏繞防露材的水管道的外面（由于滲人的結(jié)露水而潤(rùn)濕）等許多方面，而且仍然處在產(chǎn)生溝狀腐蝕環(huán)境的特異性不能定義，容易產(chǎn)生溝狀腐蝕的環(huán)境不能夠預(yù)知，不能夠制定相應(yīng)對(duì)策的狀況。
如圖5-1所示，溝狀腐蝕一種是沿著焊縫線呈一直線生成的類(lèi)型，另一種是銹瘤在焊縫的位置形成在其下面被侵蝕時(shí)，由于焊縫部侵蝕特別深，沿著銹瘤分布不連續(xù)生成的類(lèi)型。不管哪一種類(lèi)型都反映出是宏觀電池引起的腐蝕，已經(jīng)證明在像海水或鹽水那樣電導(dǎo)率高的環(huán)境中侵蝕加快，在工業(yè)用水或自來(lái)水等電導(dǎo)率低的環(huán)境中侵蝕減慢。即使在后者的場(chǎng)合，由于腐蝕率只能上升到1mm/a程度或者以上，所以也不一定是電導(dǎo)率越低越好。
當(dāng)然，溝狀腐蝕并不一定會(huì)發(fā)生。溝狀腐蝕到底是發(fā)生在環(huán)境條件強(qiáng)的場(chǎng)合，還是由于微妙的不同條件發(fā)生在材料敏感性大的場(chǎng)合，尚不清楚。正村等通過(guò)恒電位電解的方法，確立了用1周時(shí)間能夠再現(xiàn)溝狀腐蝕的試驗(yàn)方法,就是把焊縫部的侵蝕深度和周?chē)覆牡那治g深度的比設(shè)定為溝狀腐蝕系數(shù)α,將該方法用于硫含量、制管機(jī)和有無(wú)在線退火裝置等不同的生產(chǎn)條件下，每種條件下采用50批以上的材料，α是1.1~1.4,結(jié)果是所有的試驗(yàn)材料或多或少都存在溝狀腐蝕的敏感性。就是說(shuō)，在當(dāng)時(shí)的電焊鋼管的生產(chǎn)條件范圍內(nèi)即使控制條件也不能避免溝狀腐蝕。
溝狀腐蝕發(fā)生的起因是由于急冷MnS沒(méi)能充分析出和長(zhǎng)大，所以熱處理（退火、正火）應(yīng)該是有效的。事實(shí)上，如果在900℃以上經(jīng)30min熱處理進(jìn)行空冷，就不會(huì)產(chǎn)生溝狀腐蝕，或者即便處理時(shí)間比這短，也能降低敏感性，其效果是硫含量越低則越大，可是由于設(shè)置在電焊鋼管生產(chǎn)設(shè)備上的后置退火裝置（焊縫退火裝置）加熱時(shí)間短，雖然有效果但不明顯。
還有一種在高溫下鍛接制成的焊接鋼管，因?yàn)槔鋮s速度慢，所以在焊接部發(fā)生的局部腐蝕比電焊鋼管顯著減輕，實(shí)踐證明，這種焊管在實(shí)際應(yīng)用上幾乎沒(méi)有問(wèn)題,因此推薦使用這種鋼管。可是由于尺寸被限制在100A以下，而在125A以上仍需要電焊鋼管。鍍鋅鋼管通過(guò)對(duì)鍍層的消耗可延長(zhǎng)使用壽命，然而在日本由于水是軟質(zhì)的，鍍層消耗很快，雖然能夠延長(zhǎng)平均使用壽命，但是也有1~3年溝狀腐蝕穿透的例子，所以目前還沒(méi)有很好的解決措施。
因此人們對(duì)能夠降低或者抑制溝狀腐蝕敏感性的低合金成分的組成進(jìn)行了種種研究。除了上述加藤等認(rèn)為有效的元素外，還發(fā)表了Nb、Y、Al、Mo、Ni,并且在與銅共存時(shí)，Ni、REM、Ca等是有效元素。
1980~1981年（昭和55~56年），4家公司生產(chǎn)的耐溝狀腐蝕電焊鋼管開(kāi)始銷(xiāo)售。研究思路大體相同，即降低硫含量。但是只用這些方法是不充分的，即使經(jīng)過(guò)熱處理也殘留敏感性。雖然加入0.1%~0.3%Cu也是必需的，可是低S-Cu鋼仍有敏感性,需要進(jìn)一步進(jìn)行熱處理或加入另外的合金元素，或者可以?xún)煞N方法同時(shí)采用。
表5-1給出了各公司生產(chǎn)的耐溝狀腐蝕鋼管的成分標(biāo)準(zhǔn)表中所列成分均是根據(jù)上述考慮而設(shè)計(jì)的。由于產(chǎn)品不同，可以進(jìn)行熱處理。
產(chǎn)品列于JISG 3452(管道用碳素鋼鋼管）的黑管及鍍鋅鋼管和JIS G 3454(壓力管道用碳素鋼鋼管）的黑管及鍍鋅鋼管的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，可以提供的尺寸前者是125~500A,后者是20~600A(15A、650A根據(jù)協(xié)商生產(chǎn)）。前者中沒(méi)有可以使用鍛接鋼管的100A以下的產(chǎn)品。
從1980年（昭和50年代的中期）起，水管道用的黑管及鍍鋅鋼管一般已經(jīng)使用了耐溝狀腐蝕鋼管（由于尺寸所限 使用鍛接鋼管）。日本水道鋼管協(xié)會(huì)認(rèn)為，耐溝狀腐蝕電焊鋼管的耐溝狀腐蝕性是傳統(tǒng)電焊鋼管的10倍。各公司就耐溝狀腐蝕鋼的同類(lèi)產(chǎn)品在文獻(xiàn)上發(fā)表了各自的試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)論是敏感性為零或者非常小。
這些產(chǎn)品銷(xiāo)售以來(lái)，耐溝狀腐蝕電焊鋼管的溝狀腐蝕事例一件也沒(méi)有報(bào)道過(guò)，作者所知道的情報(bào)中也沒(méi)有。在建設(shè)省的機(jī)械設(shè)備工程施工管理指南（平成元年版）中，也記載著耐溝狀腐蝕電焊鋼管。
